Синтетический каучук история создания

Каучук получил свое название от индейского слова «каучу», означающего буквально «слезы дерева». Майя и ацтеки добывали его из сока бразильской гевеи (Hevea brasiliensis или резинового дерева), похожего на белый сок одуванчика, который темнел и отвердевал на воздухе. Из сока они выпаривали липкое темное смолообразное вещество «каучу», изготавливая из него примитивную непромокаемую обувь, ткани, сосуды, детские игрушки. Также у индейцев существовала напоминающая баскетбол командная игра, в которой применялись специальные каучуковые мячи, отличающиеся удивительной прыгучестью. Во времена Великих географических открытий Колумб привез в Испанию среди прочих диковин Южной Америки несколько таких мячей. Они полюбились испанцам, которые, изменив правила индейских соревнований, изобрели нечто, ставшее прообразом нынешнего футбола.

Следующее упоминание о каучуке появилось лишь в 1735-ом году, когда французский путешественник и естествоиспытатель Шарль Кондамин, исследуя бассейн Амазонки, открыл для европейцев дерево гевею и его млечный сок. Обнаруженное членами экспедиции дерево выделяло странную, быстро затвердевающую смолу, которой мыслители из Парижской академии наук позже дали название «резина». После того, как в 1738-ом Кондамин привез на континент образцы каучука и различные изделия из него вместе с подробным описанием способов добычи, в Европе начались поиски способов применения этого вещество. Французы сплетали резиновые нитки с хлопком и использовали как подвязки и подтяжки. Потомственный английский сапожник Самуэль Пил в 1791-ом году получил патент на изготовление тканей, пропитанных раствором каучука в ски***е, создав фирму Peal & Co. В это же время возникли первые эксперименты по защите обуви чехлами из такой ткани. В 1823-ем году некий Чарлз Макинтош из Шотландии придумал первый непромокаемый плащ, добавляя между двумя слоями ткани тонкий кусок резины. Плащи быстро стали популярными, получили название в честь создателя и положили начало настоящему «резиновому буму». А вскоре в Америке в сырую погоду стали надевать поверх башмаков неуклюжую индейскую обувь из резины – галоши. Макинтош до самой смерти продолжал смешивать каучук с различными веществами вроде сажи, масел, серы в попытках изменить его свойства. Но его эксперименты к успеху не привели.
Из прорезиненной ткани делали одежду, головные уборы, крыши фургонов и домов. Однако у подобных изделий был один недостаток – узкий температурный диапазон эластичности каучука. В холодную погоду такая ткань твердела и могла потрескаться, а в теплую, наоборот, размягчаясь, превращалась в зловонную липкую массу. И если одежду можно было убрать в прохладное место, то обладателям крыш из прорезиненной ткани приходилось мириться с неприятными запахами. Таким образом, увлечение новым материалов быстро прошло. А жаркие летние дни приносили разорение компаниям, наладившим производство резины, поскольку вся их продукция превращалась в дурно пахнущие кисели. И мир вновь на несколько лет забыл про каучук и все связанное с ним.
Пережить второе рождение резиновым изделиям помог случай. Живший в Америке Чарльз Нельсон Гудьир всегда верил, что каучук способен превратиться в хороший материал. Он вынашивал эту идею много лет, упорно смешивая его со всем, что попадалось под руку: с песком, с солью, даже с перцем. В 1939-ом году, потратив все свои сбережения и задолжав более 35 тысяч долларов, он добился успеха.

Ходит легенда, что открытый им химический процесс, получивший название вулканизации, появился благодаря забытому на печке куску плаща макинтоша. Так или иначе, но именно атомы серы объединили молекулярные цепи натурального каучука, превратив его в тепло- и морозоустойчивый, эластичный материал. Именно его и принято сегодня называть резиной. История этого упорного человека имеет счастливый конец, он продал патент на изобретение и оплатил все свои долги.
Еще при жизни Гудьира началось бурное производство каучука. США сразу захватили лидерство по производству галош, которые продавали по всему мира, включая и Россию. Стоили они дорого, и позволить их купить могли только богатые люди. Самое любопытное, что галоши применяли не для сохранения от промокания основной обуви, а как домашние тапочки для гостей, дабы они не запачкали ковры и паркет. В России первое предприятие, изготавливающее резиновые изделия, открылось в Санкт-Петербурге в 1860-ом году. Немецкий делец Фердинанд Краузкопф, уже имевший завод по производству галош в Гамбурге, оценил перспективы нового рынка, нашел инвесторов и создал «Товарищество Российско-американской мануфактуры».

Во второй половине 19-го века Бразилия переживала пик своего расцвета, являясь монополистом по выращиванию гевеи. Манаус, бывший центром каучуконосных районов, стал богатейшим городом на западном полушарии. Чего только стоил потрясающий оперный театр, построенный в скрытом джунглями городе. Его создавали лучшие архитекторы Франции, а стройматериалы для него везли из самой Европы. Бразилия тщательно охраняла источник своей роскоши. За попытку вывоза семян гевеи полагалась смертная казнь. Однако в 1876-ом году англичанин Генри Уикхем тайно вывез в трюмах корабля «Амазонас» семьдесят тысяч семян гевеи. Они послужили основой первых плантаций каучуконосов, заложенных в колониях Англии в Юго-Восточной Азии. Так на мировом рынке возник дешевый натуральный британский каучук.

Вскоре разнообразные резиновые изделия завоевали весь мир. Из каучука изготавливались транспортерные ленты конвейеров, всевозможные приводные ремни, обувь, гибкая электроизоляция, бельевые резинки, детские воздушные шары, амортизаторы, уплотняющие прокладки, шланги и многое-многое другое. Другого похожего на каучук продукта просто не существует. Он обладает изоляционными свойствами, водонепроницаем, гибок, может растягиваться и сжиматься. При этом прочен, крепок, легко обрабатывается и устойчив к истиранию. Наследие индейцев оказалось куда более ценным, чем всё золото знаменитого Эльдорадо. Без резины невозможно представить всю нашу техническую цивилизацию.

Основное применение новый материал получил с открытием и распространением сначала резиновых экипажных, а потом уже автомобильных шин. Несмотря на то, что экипажи с шинами из металла были очень неудобны и издавали страшный шум и тряску, новое изобретение было встречено неохотно. В Америке даже запретили экипажи на массивных цельнолитых шинах, поскольку они слыли очень опасными из-за невозможности шумом предупредить прохожих о близости транспортного средства.
В России подобные конные экипажи тоже вызывали недовольство. Основная проблема крылась в том, что они зачастую обливали грязью не успевших отскочить пешеходов. Московским властям пришлось выпустить специальный закон об оснащении экипажей с резиновыми шинами особыми номерными знаками. Это делалось для того, чтобы горожане могли заметить и привлечь своих обидчиков к ответственности.
Производство каучука выросло во много раз, но потребность в нем продолжала расти. Около ста лет ученые люди по всему миру искали способ научиться изготавливать его химическим путем. Постепенно обнаружилось, что натуральный каучук представляет собой смешение нескольких веществ, но 90 процентов его массы представляет собой углеводород полиизопрен. Подобные вещества относятся к группе полимеров – высокомолекулярных продуктов, образующихся соединением очень многих, одинаковых молекул гораздо более простых веществ, называющихся мономерами. В случае каучука – это были молекулы изопрена. При благоприятных условиях молекулы-мономеры соединялись между собой в длинные, гибкие ниточки-цепи. Подобная реакция возникновения полимера получила название полимеризации. Остальные десять процентов в каучуке составили смолоподобные минеральные и белковые вещества. Без них полиизопрен становился очень неустойчивым, теряя на воздухе свои ценные свойства эластичности и прочности. Таким образом, чтобы научиться получать искусственный каучук, ученым было необходимо решить три вещи: синтезировать изопрен, полимеризовать его и защитить от разложения полученный каучук. Каждая из этих задач оказалась чрезвычайно сложна. В 1860-ом году английский химик Вильямс получил изопрен из каучука, который представлял собой бесцветную жидкость со специфичным запахом. В 1879-ом году француз Густав Бушард, нагрел изопрен и с помощью соляной кислоты смог осуществить обратную реакцию — получить каучук. В 1884-ом году британский ученый Тилден выделил изопрен, разложив ски*** в ходе нагрева. Несмотря на то, что каждый из этих людей внес свой вклад в изучение каучука, тайна его изготовления осталась неразгаданной в XIX-ом веке, потому что все обнаруженные способы были непригодны для промышленного изготовления вследствие малого выхода изопрена, дороговизны сырья, сложности технических процессов и ряда других факторов.
В начале двадцатого века исследователи задумались, а действительно ли изопрен нужен для изготовления каучука? Существует ли способ получить из других углеводородов необходимую макромолекулу? В 1901-ом году русский ученый Кондаков обнаружил, что диметилбутадиен, оставленный на год в темноте, превращается в каучукоподобное вещество. Этот способ позже использовала во время Первой мировой войны Германия, отрезанная от всех источников. Синтетический каучук получался очень плохого качества, процесс изготовления был очень сложен, а цена непомерно высока. После войны подобный метил-каучук нигде и никогда больше не производился. В 1914-ом году ученые-исследователи Мэтьюс и Стрендж из Англии получили очень неплохой каучук из дивинила используя металлический натрий. Но дальше опытов в лаборатории их открытие не пошло, потому что не было понятно, как в свою очередь производить дивинил. Также они не сумели создать установку для синтеза в заводских условиях.
Спустя пятнадцать лет ответ на оба этих вопроса нашел наш соотечественник Сергей Лебедев. До мировой войны русские фабрики производили из привозного каучука около двенадцати тысяч тонн резины в год. После того как закончилась революция потребности новой власти, проводящей индустриализацию промышленности, в каучуке многократно выросли. Один танк требовал 800 килограмм резины, автомобиль – 160 килограмм, самолет – 600 килограмм, корабль – 68 тонн. Каждый год покупки каучука за границей все возрастали и возрастали, несмотря на то, что в 1924-ом году его цена достигала двух с половиной тысяч золотых рублей за одну тонну. Руководство страны было озабочено не столько необходимостью платить такие огромные деньги, сколько зависимостью, в которую ставили Советское государство поставщики. На высшем уровне было принято решение разработать промышленный способ изготовления синтетического каучука. Для этого в конце 1925-го года ВСНХ предложило конкурс на самый лучший способ его получения. Конкурс был международным, однако согласно условиям каучук должен был изготавливаться из продуктов, добываемых в Советском Союзе, а цена на него не должна была превышать среднемировой за последние пять лет. Итоги конкурса подводились 1 января 1928-го года в Москве по результатам анализа предоставленных образцов весом не менее двух килограмм.

Сергей Васильевич Лебедев появился на свет 25 июля 1874-го года в семье священника в Люблине. Когда мальчику исполнилось семь лет, его отец умер, а мать была вынуждена перебраться с детьми к родителям в Варшаву. Учась в Варшавской гимназии, Сергей подружился с сыном знаменитого русского ученого-химика Вагнера. Часто бывая в их доме, Сергей слушал увлекательные рассказы профессора о своих коллегах-друзьях Менделееве, Бутлерове, Меншуткине, а также о таинственной науке, занимающейся превращением веществ. В 1895-ом году, успешно окончив гимназию, Сергей поступил на физико-математический факультет Петербургского университета. Все свободное время молодой юноша проводил в доме Марии Остроумовой, являвшейся сестрой его матери. У нее было шестеро детей, но особенно Сергея интересовала кузина Анна. Она была многообещающим художником, училась у Ильи Репина. Когда молодые люди поняли, что их чувства далеки от родственных, то решили обручиться. В 1899-ом году Лебедев был арестован за участие в студенческих беспорядках и выслан на год из столицы. Однако это не помешало ему в 1900-ом блестяще закончить университет. Во время русско-японской войны Сергей Васильевич был призван в армию, а вернувшись в 1906-ом, всецело посвятил себя исследованиям. Он целые дни жил в лаборатории, соорудив себе ложе из хранящихся на случай пожара одеял. Анна Петровна Остроумова несколько раз обнаруживала Сергея в больнице, лечащегося от ожогов, полученных в результате опасных экспериментов, которые химик проводил всегда сам. Уже в конце 1909-го года он, работая практически один, сумел добиться впечатляющих результатов, продемонстрировав коллегам каучукоподобный полимер дивинила.
Сергей Васильевич Лебедев прекрасно представлял себе все трудности производства синтетического каучука, однако решил принять участие в конкурсе. Время было трудное, Лебедев возглавлял в Ленинградском университете кафедру общей химии, поэтому трудиться приходилось по вечерам, выходным дням и совершенно безвозмездно. К счастью несколько студентов решили помочь ему. Чтобы успеть к сроку, все работали с большим напряжением. Сложные эксперименты проводили в самых плохих условиях. Участники этого предприятия позже вспоминали, что абсолютно ничего не хватало и приходилось делать или находить самостоятельно. Например, лед для охлаждения химических процессов все вместе кололи на Неве. Лебедев помимо своей специальности освоил профессии стеклодува, слесаря и электромонтера. И все-таки дело двигалось. Благодаря предыдущим многолетним исследованиям Сергей Васильевич сразу отказался от экспериментов с изопреном и остановился на дивиниле в качестве исходного продукта. В качестве легкодоступного сырья для производства дивинила Лебедев попробовал нефть, но потом все же остановился на спирте. Спирт оказался самым реальным начальным сырьем. Основная проблема реакции разложения этилового спирта на дивинил, водород и воду состояла в отсутствии подходящего катализатора. Сергей Васильевич предположил, что им может являться одна из природных глин. В 1927-ом году, проводя отпуск на Кавказе, он постоянно искал и изучал образцы глин. Нужную он отыскал на Коктебеле. Реакция в присутствии найденной им глины дала отличный результат, и в конце 1927-го года был получен дивинил из спирта.
Супруга великого химика Анна Лебедева вспоминала: «Иногда он, отдыхая, лежал на спине с закрытыми глазами. Казалось, Сергей Васильевич спит, и тут он доставал записную книжку и начинал писать химические формулы. Много раз, сидя в концерте, и будучи взволнованным музыкой он поспешно доставал свой блокнот или даже афишу и начинал что-то записывать, а потом убирал все в карман. То же самое могло произойти и на выставках».
Полимеризацию дивинила Лебедев проводил по способу британских исследователей с присутствием металлического натрия. На конечном этапе полученный каучук смешивали с магнезией, каолином, сажей и некоторыми другими компонентами для предохранения от распада. Поскольку готовый продукт получался в мизерных количествах – пара грамм в сутки – работы шли почти до последних дней конкурса. В конце декабря синтез двух килограммов каучука был окончен, и его отправили в столицу.
Анна Петровна писала в своих мемуарах: «В последний день в лаборатории царило оживление. Присутствующие были радостны и довольны. По обыкновению Сергей Васильевич был молчалив и сдержан. Слегка улыбаясь, он смотрел на нас, и все говорило о том, что он доволен. Каучук выглядел как большая коврижка, похожая цветом на мед. Запах был резкий и довольно неприятный. После того, как описание способа изготовления каучука было закончено, его упаковали в ящик и повезли в Москву».
Жюри закончило изучать присланные образцы в феврале 1928-го года. Их оказалось совсем немного. Результаты работ ученых из Франции и Италии, но основная борьба развернулась между Сергеем Лебедевым и Борисом Бызовым, который получил дивинил из нефти. В итого каучук Лебедева был признан наилучшим. Получение дивинила из нефтяного сырья было труднее реализовать в промышленных масштабах в то время.
Об изобретении синтетического каучука в России написали газеты по всему миру. Многим это пришлось не по душе. Знаменитый американский ученый Томас Эдисон публично заявил: «Изготовить синтетический каучук в принципе невозможно. Я попытался проделать опыт самостоятельно и убедился в этом. Поэтому новость из Страны Советов является очередной ложью».
Событие имело огромное значение для советской промышленности, позволив уменьшить потребление натуральных каучуков. Также синтетический продукт обладал новыми свойствами, например, стойкостью к бензину и маслам. Сергею Васильевичу было поручено продолжить исследования и изготовить промышленный способ производства каучука. Снова началась тяжелая работа. Однако теперь возможностей у Лебедева было хоть отбавляй. Понимая всю важность работ, правительство дало все нужное. В Ленинградском университете создали лабораторию синтетического каучука. За год в ней была построена экспериментальная установка, производившая по два-три килограмма каучука в сутки. В конце 1929-го года технология заводского процесса было закончена, а в феврале 1930-го в Ленинграде началось строительство первого завода. Заводская лаборатория, оборудованная по распоряжениям Лебедева, являлась настоящим научным центром синтетического каучука и одновременно одной из лучших химлабораторий того времени. Здесь прославившийся химик позже сформулировал правила, позволявшие его последователям правильно определять вещества для синтеза. Кроме этого, Лебедев имел право подбирать себе любых специалистов. По возникавшим вопросам он обращаться лично к Кирову. Постройка опытного завода было закончена в январе 1931-го года, а в феврале уже были получены первые дешевые 250 килограмм синтетического каучука. В этом же году Лебедева наградили орденом Ленина и избрали в Академию наук. Вскоре было заложено строительство еще трех заводов-гигантов по единому проекту – в Ефремове, Ярославле и Воронеже. А перед войной появился завод и в Казани. Мощность каждого из них составляла десять тысяч тонн каучука в год. Их строили возле мест, где производился спирт. Сырьем для спирта изначально служили пищевые продукты, в основном картофель. На одну тонну спирта требовалось двенадцать тонн картофеля, а для изготовления шины для автомобиля в то время уходило около пятисот килограммов картошки. Заводы объявили комсомольскими стройками и сооружали с ошеломительной быстротой. В 1932-ом первый каучук дал Ярославский завод. Изначально в производственных условиях синтез дивинила проходил с трудом. Требовалась наладка оборудования, поэтому Лебедев вместе со своими сотрудниками отправился сначала в Ярославль, а потом в Воронеж и Ефремов. Весной 1934-го года в Ефремове Лебедев подхватил сыпной тиф. Он умер вскоре после возвращения домой на шестидесятом году жизни. Его тело было похоронено в Александро-Невской лавре.
Однако дело, которому он дал такое значимое основание, развивалось. В 1934-ом году Советский Союз выпустил одиннадцать тысяч тонн искусственного каучука, в 1935-ом – двадцать пять тысяч, а в 1936-ом – сорок тысяч. Сложнейшая научная и техническая задача была успешно разрешена. Возможность оборудовать автотехнику шинами отечественного производства сыграла немаловажную роль в победе над фашизмом.
На втором месте по производству синтетических каучуков в то время были немцы, которые активно готовились к войне. Их производство было налажено на заводе в городе Шкопау, который СССР после победы по условиям репараций вывез в Воронеж. Третьим производителем стали Соединенные Штаты Америки после потери в начале 1942-го года рынков природных каучуков. Японцы захватили Индокитай, Нидерландскую Индию и Малайю, где добывалось более 90 процентов натурального продукта. После вступления Америки во Вторую Мировую продажа им была приостановлена, в ответ правительство США менее чем за три года построила 51 завод.
Наука также не стояла на месте. Совершенствовались способы изготовления и сырьевая база. Синтетические каучуки по применению разделились на общие и специальные со специфическими свойствами. Возникли особые группы искусственных каучуков вроде латексов, отверждающихся олигомеров, пластификаторных смесей. К концу прошлого века мировое производство этой продукции достигло двенадцати миллионов тонн в год, производимой в двадцати девяти странах. Вплоть до 1990-го года наша страна удерживала первое место по объемам производства синтетического каучука. Половина произведенных в СССР искусственных каучуков шла на экспорт. Однако после развала Советского Союза ситуация изменилась в корне. С лидирующих позиций наша страна попала сначала в число отстающих, а потом опустилась до категории догоняющих. В последние годы наблюдается улучшение ситуации в этой отрасли промышленности. Доля России на мировом рынке производства синтетического каучука сегодня составляет девять процентов.

История открытия каучука. Первые изделия из каучука. Основные химические и физические свойства каучука, основы его получения. Способ получения синтетического каучука по методу Лебедева. Важнейшие виды синтетического каучука, особенности их использования.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	22.01.2009
Размер файла	54,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Новосибирский государственный аграрный университет

Синтетические каучуки, история открытия, важнейшие виды

Выполнил: Павлушин Сергей

студент 1 курса

Факультет защиты растений

Проверил: доцент, к.б.н. Кусакина Н.А.

1. История открытия.

2. Способ получения по методу Лебедева.

3. Важнейшие виды синтетического каучука.

4. Список литературы.

1. История открытия.

Европа впервые узнала о каучуке в XVI веке. Христофор Колумб привез его из Америки вместе с многими другими диковинками. Во время стоянки кораблей у острова Гаити Колумб и его спутники наблюдали игры туземцев в мяч, сделанный из какого-то упругого материала, совершенно неизвестного в Европе. Мячи легко подпрыгивали при ударе о землю, сжимались и снова восстанавливали первоначальную форму. Возвращаясь в Испанию, Колумб взял с собой образцы этого чудесного материала, который и был в дальнейшем известен в Старом Свете под названием «каучук». В переводе с индейского «каучук» (тупи-гуарани) означает «слезы дерева». Как стало известно позже, он представлял собой сок, собираемый из надрезов коры тропического дерева — бразильской гевеи. Его брали от дерева, когда гевее исполнялось семь лет: на высоте полметра делали надрез на коре, и когда из-под нее начинал течь белый, как молоко, сок, собирали его в подвешенные чашечки, а потом сливали в большой сосуд. На воздухе сок сравнительно быстро свертывался и превращался в темный смолообразный продукт — каучук.

Европейцы не сразу оценили достоинства этого материала. В течение двух веков они относились к каучуку как к дикарской диковинке.

А в 1731 году правительство Франции отправило математика и географа Шарля Кондамина (Charles Marie de La Condamine) в географическую экспедицию по Южной Америке. В 1736 он отправил обратно во Францию несколько образцов каучука вместе с описанием продукции, производимой из него людьми, населяющими Амазонскую низменность. После этого резко возрос научный интерес к изучению этого вещества и его свойств.

В 1770 году британский химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) впервые нашёл ему применение: он обнаружил, что каучук может стирать то, что написано графитовым карандашом. Тогда такие куски каучука называли гуммиэластиком («смолой эластичной»).

В 1791 году английский фабрикант Самуэль Пил (Samuel Peal) запатентовал способ сделать одежду водонепроницаемой с помощью обработки её раствором каучука в скипидаре. Во Франции к 1820 г. научились изготовлять подтяжки и подвязки из каучуковых нитей, сплетённых с тканью.

В Англии британский химик и изобретатель Чарльз Макинтош (Charles Macintosh) предложил класть тонкий слой каучука между двумя слоями ткани и из этого материала шить водонепроницаемые плащи. В 1823 году в Глазго он начал мануфактурное производство водонепроницаемой одежды. Непромокаемый плащ из прорезиненной ткани до сих пор носит его имя. Но эти плащи зимой становились твёрдыми от холода, а летом расползались от жары.

В США вещи из каучука стали популярными в 1830-х годах, резиновые бутылки и обувь, сделанные южноамериканскими индейцами, импортировались в больших количествах. Другие резиновые изделия завозились из Англии, а в 1832 году в городе Роксбери штата Массачусетс Джон Хаскинс (John Haskins) и Эдвард Шафе (Edward Chaffee) организовали первую «каучуковую» фабрику в США. Но производимые вещи, как и импортируемые, становились хрупкими зимой, и мягкими и липкими летом.

И только в 1834 году немецкий химик Фридрих Людерсдорф (Friedrich Ludersdorf) и американский химик Натаниель Хейвард (Nathaniel Hayward) обнаружили, что добавление серы к каучуку уменьшает или даже вовсе устраняет липкость изделий из каучука.

Американский изобретатель Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) с 1834 г. упорно пытался «спасти» каучук. И в 1839 г. ему повезло. В этом году он, используя открытия этих двух химиков, обнаружил, что нагревание каучука с серой устраняет его неблагоприятные свойства. Он положил на печь кусок покрытой каучуком ткани, на которую был нанесён слой серы. Через некоторое время он обнаружил кожеподобный материал — резину. Этот процесс был назван вулканизацией.

Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было предложено уже более 40 000 различных изделий из резины.

Другого схожего с каучуком продукта в природе не существует — он водонепроницаем, обладает электрическими изоляционными свойствами, гибок и способен к очень большим изменениям формы. Под действием внешней силы он может растягиваться в несколько раз и снова сжиматься.

Подобной эластичностью не обладает ни одно другое вещество. Вместе с тем он крепок, прочен, устойчив к истиранию и легко обрабатывается. Поэтому резина была и остается идеальным материалом для изготовления автомобильных покрышек, всевозможных приводных ремней, транспортных лент, рукавов, амортизаторов, уплотняющих прокладок, гибкой изоляции и многого другого. Без резины жизнь современного индустриального общества просто невозможна.

С середины XIX века развернулось массовое производство резиновых изделий. Это породило настоящую каучуковую лихорадку. Местности, где произрастали каучуконосные деревья, превратились в объект войн и спекуляций. Дикая гевея вскоре перестала удовлетворять потребности промышленности. Кроме того, добывать каучук в джунглях было тяжелым и дорого стоящим делом. Были сделаны удачные опыты по созданию каучуконосных плантаций. Гевея переселилась в тропики Явы, Суматры, Малайского архипелага. Производство каучука увеличилось в несколько раз, но спрос на него продолжал расти.

В течение ста лет ученый мир искал разгадку тайны каучука, чтобы научиться делать его искусственно химическим путем. Постепенно выяснилось, что натуральный каучук из сока гевеи представляет собой смесь нескольких веществ, однако 9/10 его массы приходится на углеводород полиизопрен с формулой (С5Н8)n, где n=больше тысячи. Вещества с подобным строением относят к группе высокомолекулярных продуктов — полимеров, которые образуются соединением нескольких, иногда очень многих, одинаковых молекул более простых веществ-мономеров (в данном случае молекул изопрена С5Н8). При благоприятных условиях отдельные молекулы мономеры соединяются друг с другом в длинные и гибкие линейные или разветвленные цепи-нити. Эта реакция образования полимера называется полимеризацией. Она происходит только с органическими веществами, имеющими кратные связи (двойные или тройные). В результате разъединения этих связей и происходит (за счет освободившихся валентностей) соединение отдельных молекул между собой. Кроме полиизопрена в натуральный каучук входят смолоподобные белковые и минеральные вещества. Чистый полиизопрен, очищенный от смол и белков, весьма неустойчив и на воздухе быстро теряет свои ценные технические свойства: эластичность и прочность.

Таким образом, для того чтобы производить искусственный каучук, необходимо было научиться по крайней мере трем вещам:

1) получать изопрен из других веществ;

2) проводить реакцию полимеризации изопрена;

3) обрабатывать полученный каучук подходящими веществами, чтобы защитить его от разложения.

Все эти задачи оказались чрезвычайно сложными. В 1860 году английский ученый Вильяме путем сухой перегонки каучука выделил из него изопрен, который оказался легкой подвижной бесцветной жидкостью со своеобразным запахом. В 1879 году французский химик Густав Бушарда, нагревая изопрен и действуя на него соляной кислотой, осуществил обратную реакцию — получил каучукоподобный продукт. В 1884 году английский химик Тилден получил изопрен путем высокотемпературного разложения скипидара. Хотя каждый из этих ученых внес свою лепту в изучение свойств каучука, тайна его синтеза так и осталась в XIX веке неразгаданной — все открытые способы оказались непригодны для промышленного использования или вследствие дороговизны сырья, или из-за малых выходов изопрена, или из-за сложности технических процессов, обеспечивающих протекание реакции.

2. Способ получения синтетического каучука по методу Лебедева.

Одно дерево бразильской гевеи в среднем, до недавнего времени, было способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность одного гектара гевеи до Второй Мировой войны составляла 300—400 кг технического каучука. Такие объёмы натурального каучука не удовлетворяли растущие потребности промышленности. Поэтому возникла необходимость получить синтетический каучук. Замена натурального каучука синтетическим даёт огромную экономию труда.

Современная, всё развивающаяся и усложняющаяся техника требовала каучуки хорошие и разные; каучуки, которые не растворялись бы в маслах и бензине, выдерживали высокую и низкую температуру, были бы стойки к действию окислителей и различных агрессивных сред.

В 1910 году С.В. Лебедеву впервые удалось получить синтетический каучук и бутадиен. Сырьём для получения синтетического каучука служил этиловый спирт, из которого получали 1,3-бутадиен (он оказался более доступным продуктом, чем изопрен). Затем через реакцию полимеризации в присутствии металлического натрия получали синтетический бутадиеновый каучук.

В 1926 году ВСНХ СССР объявил конкурс по разработке промышленного способа синтеза каучука из отечественного сырья.

К 1 января 1928 года в жюри нужно было представить описание способа, схему промышленного получения продукта и 2 кг каучука. Победителем конкурса стала группа исследователей, которую возглавлял профессор Медико-хирургической академии в Ленинграде С.В. Лебедев.

В 1932 году именно на базе 1,3-бутадиена возникла крупная промышленность синтетического каучука. Были построены два завода по производству синтетического каучука. Способ С.В. Лебедева оказался более разработанным и экономичным. В 1908—1909 годах С.В. Лебедев впервые синтезировал каучукоподобное вещество при термической полимеризации дивинила и изучил его свойства. В 1914 году учёный приступил к изучению полимеризации около двух десятков углеводородов с системой двойных или тройных связей.

В 1925 году С.В. Лебедев выдвинул практическую задачу создания промышленного способа синтеза каучука. В 1927 году эта задача была решена. Под руководством Лебедева были получены в лаборатории первые килограммы синтетического каучука. С.В. Лебедев изучил его свойства и разработал рецепты получения из него важных для промышленности резиновых изделий, в первую очередь автомобильных шин. В 1930 году по методу Лебедева была получена первая партия нового каучука на опытном заводе в Ленинграде, а спустя два года в Ярославле пущен в строй первый в мире завод по производству синтетического каучука.

В разработке синтеза каучука Лебедев пошёл по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук — полимер диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался также диеновым углеводородом, только более простым и доступным — бутадиеном. Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов:

Бутадиен очищают от непрореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергают полимеризации.

Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в результате раскрытия двойных связей, к взаимному присоединению. Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора.

При каталитической полимеризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не расходуется, а выделяется по окончанию реакции в своём первоначальном виде. В качестве катализатора полимеризации 1,3-бутадиена С.В. Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А.А. Кракау:

Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, не выделяя при этом каких-либо других веществ.

3. Важнейшие виды синтетического каучука

Вышерассмотренный бутадиеновый каучук бывает двух видов: стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный бутадиеновый каучук применяют главным образом в производстве шин (которые превосходят шины из натурального каучука по износостойкости), нестереорегулярный бутадиеновый каучук — для производства, например, кислото- и щелочестойкой резины,эбонита.

В настоящее время химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный каучук.

Кроме полибутадиенового каучука, широко применяются сополимерные каучуки — продукты совместной полимеризации (сополимеризации) бутадиена с другими непредельными соединениями, например, со стиролом или с акрилонитрилом (CH2 = CH — C ? N) В молекулах этих каучуков звенья бутадиена чередуются со звеньями соответственно стирола и акрилонитрила. Бутадиен-стирольный каучук отличается повышенной износостойкостью и применяется в производстве автомобильных шин, конвейерных лент, резиновой обуви.

Бутадиен-нитрильные каучуки — бензо- и маслостойкие, и поэтому используются, например, в производстве сальников.

Винилпиридиновые каучуки — продукты сополимеризации диеновых углеводородов с винилпиридином, главным образом бутадиена с 2-метил-5-винилпиридином. Резины из них масло-, бензо- и морозостойки, хорошо слипаются с различными материалами. Применяются, в основном, в виде латекса для пропитки шинного корда. Наибольшее распространение получили сополимеры бутадиена (I) и 2-метил-5-винилпиридина (II) общей формулы

В СССР было разработано и внедрено в производство получение синтетического полиизопренового каучука (СКИ), близкого по свойствам к натуральному каучуку. Резины из СКИ отличаются высокой механической прочностью и эластичностью. СКИ служит заменителем натурального каучука в производстве шин, конвейерных лент, резин, обуви, медицинских и спортивных изделий.

Кремнийорганические каучуки применяются в производстве оболочек проводов и кабелей, трубок для переливания крови, протезов (например, искусственных клапанов сердца) и др. Жидкие кремнийорганические каучуки — герметики.

Полиуретановый каучук используется как основа износостойкости резины.

Фторкаучуки — продукты полимеризации фторорганических соединений, главным образом смесей винилиденфторида с трифторхлорэтиленом [-CH2CF2CF2CFCl-]n или с гексафторпропиленом [-CH2CF2CF2CF(CF3)-]n. Резины из фторкаучука термостойки, не горючи, устойчивы к окислителям, маслам, топливам. Применяются главным образом в производстве различных уплотнителей, эксплуатируемых выше 200 °С.

Хлоропреновые каучуки — полимеры хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена) — по свойствам сходны с натуральным каучуком, в резинах применяются для повышения атмосферо-, бензо- и маслостойкости.

Существует и неорганический синтетический каучук — полифосфонитрилхлорид.

Свежеполученный полифосфонитрилхлорид — аморфный продукт, частично кристаллизующийся при растяжении. Обладает значительной высокоэластической деформацией; негорюч, устойчив при нагревании до 300С, на воздухе быстро гидролизуется, становясь хрупким. Для придания устойчивости к гидролизу атомы Cl в полифосфонитрилхлориде заменяют на органические радикалы (например, C6H5, OC6H5, OC2H5, NHR). Такие продукты также обладают высокоэластическими свойствами и низкой горючестью; они растворимы в органических растворителях, химически инертны, деполимеризуются при температурах несколько выше 200 C. П. получают термической или каталитической полимеризацией мономера. Используют для получения каучуков замещением атомов хлора на алкиламино-, ариламино-, алкокси- или арилоксигруппы; резины на основе таких каучуков сохраняют эластические свойства при низких температурах (до — 70 C).

Руздитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия-11: Органич. химия. Основы общей химии: (Обобщение и углубление знаний): Учеб. для 11 кл. сред. шк. — М.: Просвещение, 1992. — 160 с.

Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. —Под ред. В.А. Рабиновича. — Л.: Химия, 1984. — 704 с.

Рыжков К.В. 100 великих изобретений. — М.: Вече, 1999. —528 с.

Подобные документы

Натуральный каучук. История открытия натурального каучука. Природные каучуконосы. Сбор латекса и производство натурального каучука. Физические и химические свойства натурального каучука. Состав и строение натурального каучука. Синтетический каучук. Резина

доклад [27,7 K], добавлен 06.02.2006

Использование млечного сока бразильской гевеи. Состав латекса. Производство первых ластиков, открытие вулканизации. Химическое строение натурального и синтетического каучука и резины. Понятие о терпенах. Получение каучука, области его применения.

презентация [78,4 K], добавлен 20.12.2012

История открытия хлора как химического элемента, его распространение в природе. Электропроводность жидкого хлора. Применения хлора: в производстве пластикатов, синтетического каучука как отравляющего вещества, для обеззараживания воды, в металлургии.

презентация [999,0 K], добавлен 23.05.2012

Способы синтеза и структура изопренового каучука до и после вулканизации. Метод инфракрасной спектроскопии для определения молекулярной структуры полимеров. Деформационно-прочностные свойства полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии.

дипломная работа [3,7 M], добавлен 04.09.2013

История создания технологии синтетического каучука. Получение мономеров для синтетических каучуков. Производство СК полимеризацией в растворе. Свойства изоперена, и его получение методом полимеризации. Поточная схема переработки нефти месторождения.

курсовая работа [2,2 M], добавлен 23.12.2014

Непредельные соединения, с двумя двойными связями в молекуле — диеновые углеводороды. Связь между строением диеновых углеводородов и их свойствами. Способы получения девинила, изопрена, синтетического каучука. Органические галогениды и их классификация.

лекция [130,9 K], добавлен 19.02.2009

Опис каучука — еластичного матеріалу, який отримують при коагуляції латексу каучуконосних рослин, головним чином бразильської гевеї, що росте в тропічних країнах. Процес вулканізації каучуку. Номенклатура гумових виробів, їх класифікація за призначенням.

презентация [1,0 M], добавлен 03.03.2015

Механизмы деструкции ароматических полиэфиров. Свойства веществ, применяемых в качестве светостабилизаторов в процессе пластпереработки. Способы отверждения высокомолекулярного полидиметилсилоксанового каучука. Принципы фотоокисления полигидроксибутирата.

реферат [429,4 K], добавлен 13.11.2011

Периодическая система Д.И. Менделеева. Характеристика химического элемента алюминия, его химические и физические свойства. Ценность "серебра из глины" в период его открытия. Способ получения алюминия, его содержание в земной коре, важнейшие минералы.

презентация [345,8 K], добавлен 11.11.2011

Бутадиен-нитрильный каучук: понятие, свойства, производство. Сера, стеариновая кислота, сульфенамид, ацетонанил. Метод определения пластоэластических свойств на пластометре, условного предела прочности при растяжении. Экскурсия на завод "РТИ Каучук".

отчет по практике [3,1 M], добавлен 21.12.2012

Статья требует доработки или изменения. Вы можете принять участие в её создании.

Каучук существует столько лет, сколько и сама природа.

Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трёх миллионов лет. Каучук на языке индейцев тупи-гуарани означает «слёзы дерева».

Каучуковые шары из сырой резины найдены среди руин цивилизаций инков и майя в Центральной и Южной Америке, возраст этих шаров не менее 900 лет.

Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло пять веков назад.

Собственно, история каучука началась, как ни странно, с детского мячика и школьной резинки. На острове Гаити (а тогда — Эспаньола) во время своего второго путешествия в 1493 году испанский адмирал Христофор Колумб увидел туземцев, игравших большим плотным мячом. Испанцы были удивлены весёлой игрой индейцев. Они в такт песне подбрасывали чёрные шары. Хотя это казалось невероятным, но, ударяясь о землю, мячи довольно высоко подскакивали в воздух. Взяв эти шары в руки, испанцы нашли, что они довольно тяжелы, липки и пахнут дымом.

Индейцы скатывали их из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре дерева гевеи. Колумб привёз несколько кусков этого удивительного вещества на родину, но в те времена он никого не заинтересовал. Индейцы делали из него непромокаемые калоши, которые в жару прилипали к ногам, а растянувшись, больше уже не сжимались.

Много лет испанцы пытались повторить водонепроницаемые вещи (обувь, одежду, головные уборы) индейцев, но все попытки были неудачными.

Каучук в Европе и США

Первые попытки сделать каучуковую обувь вызывали только смех. Галоши или сапоги хорошо служили в дождь, но стоило выглянуть и припечь солнцу, как они растягивались, начинали прилипать. В мороз же такая обувь становилась хрупкой как стекло.

Следующие два века каучук для Европы был просто любопытной заморской диковинкой.

• В 1731 году правительство Франции отправило математика и географа Шарля Кондамина (Charles Marie de La Condamine) в географическую экспедицию по Южной Америке. В 1736 он отправил обратно во Францию несколько образцов каучука вместе с описанием продукции, производимой из него людьми, населяющими Амазонскую низменность. После этого резко возрос научный интерес к изучению этого вещества и его свойств.
• В 1770 году британский химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) впервые нашёл ему применение: он обнаружил, что каучук может стирать то, что написано графитовым карандашом. Тогда такие куски каучука называли гуммиэластиком («смолой эластичной»).
• В 1791 году английский фабрикант Самуэль Пил (Samuel Peal) запатентовал способ сделать одежду водонепроницаемой с помощью обработки её раствором каучука в скипидаре.
• Во Франции к 1820 г. научились изготовлять подтяжки и подвязки из каучуковых нитей, сплетённых с тканью.
• В Англии британский химик и изобретатель Чарльз Макинтош (Charles Macintosh) предложил класть тонкий слой каучука между двумя слоями ткани и из этого материала шить водонепроницаемые плащи. В 1823 году в Глазго он начал мануфактурное производство водонепроницаемой одежды. Непромокаемый плащ из прорезиненной ткани до сих пор носит его имя. Но эти плащи зимой становились твёрдыми от холода, а летом расползались от жары.

• В США вещи из каучука стали популярными в 1830-х годах, резиновые бутылки и обувь, сделанные южноамериканскими индейцами, импортировались в больших количествах. Другие резиновые изделия завозились из Англии, а в 1832 году в городе Роксбери штата Массачусетс Джон Хаскинс (John Haskins) и Эдвард Шафе (Edward Chaffee) организовали первую «каучуковую» фабрику в США. Но производимые вещи, как и импортируемые, становились хрупкими зимой, и мягкими и липкими летом.
• В 1834 году немецкий химик Фридрих Людерсдорф (Friedrich Ludersdorf) и американский химик Натаниель Хейвард (Nathaniel

Hayward) обнаружили, что добавление серы к каучуку уменьшает или даже вовсе устраняет липкость изделий из каучука.

• Американский изобретатель Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) с 1834 г. упорно пытался «спасти» каучук. Но только в 1839 г. ему повезло. В этом году он, используя открытия этих двух химиков, обнаружил, что нагревание каучука с серой устраняет его неблагоприятные свойства. Он положил на печь кусок покрытой каучуком ткани, на которую был нанесён слой серы. Через некоторое время он обнаружил кожеподобный материал — резину. Этот процесс был назван вулканизацией.

Добыча каучука

Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было предложено уже более 40 000 различных изделий из резины.

Внимание всех стран обратилось на добычу каучука.

Бразилия оказалась владетельницей громадных богатств. Чтобы сохранить их, правительство Бразилии издало закон, запрещающий под страхом смерти вывоз семян и молодых деревьев гевеи. Но было поздно.

По совету ботаника Дж. Гукера, англичанин Генри Викгем (Henry Wickham) поехал в 1876 году на берега Амазонки, где собрал 70 000 семян гевеи и контрабандно вывез их из Бразилии. Тайком доставил их в Королевский ботанический сад в Лондоне. Семена были высеяны, но взошло только 4%.

Однако через несколько дней сеянцы достигли полуметровой высоты и были использованы для высадки на плантациях сперва в Шри-Ланке, а затем в других тропических районах Восточного полушария. Затем такие же плантации были устроены в полосе 1100—1300 км по обе стороны от экватора. Около 99% плантационного каучука приходит из Юго-Восточной Азии.

Попытки высадить каучуконосные деревья в тропических областях Западного полушария закончились неудачей из-за болезней растений в тех местностях.

Компании, организовывавшие добычу, сбор и перевозку каучука, безжалостно калечили людей, занятых его сбором, стремясь как можно больше и дешевле получить его

Сборщику каучука много приходилось бродить по лесу в поисках гевей, так как они растут друг от друга на расстоянии 20—100 м. Серингеро, добывая сок гевеи, сам же его и обрабатывал в каучук.

Тут же в лесу раскладывал костёр, вырезал лопаточку в виде весла и обмазывал её глиной. Он садился на корточки, обмакивал лопаточку в сосуд с соком гевеи и держал в белом дыму костра, поворачивая над огнём. А когда вода испарялась, и вокруг лопаточки образовывалась тонкая плёнка каучука, серингеро снова макал её в сок гевеи и снова коптил в дыму костра. Это продолжалось до тех пор, пока вокруг лопатки не образовывался большой ком килограммов в 5 весом. Затем серингеро разрезал его и снимал с лопатки в виде листа толщиной в 10 см. Это был лучший и, благодаря копчению, не загнивавший каучук. Но серингеро гибли от тяжёлого труда, укусов змей, малярии и других болезней. Вот что писал один инженер, прибывший в 1907 году в район Путумайо: «Индейцы имеют ужасный вид, они еле двигаются от слабости и истощения. С каждого индейца в месяц требуется до 25 кг каучука.

Каждые 10 дней индейцы сдают собранный каучук. Если стрелка весов показывает норму, они смеются и пляшут. При нехватке каучука индеец бросается на землю и ждёт наказания. Не выдерживая такой работы, истязаний, индейцы бегут. Если беглеца находят в какой-либо хижине, то её обливают керосином и сжигают вместе со всеми жителями. В выбегающих стреляют». Всё это происходит в XX веке.

«>